EP1739556A1 - Verfahren zur Fehleroffenbarung in einer steuerungs- und/oder überwachungstechnischen Einrichtung für einen Prozess - Google Patents

Verfahren zur Fehleroffenbarung in einer steuerungs- und/oder überwachungstechnischen Einrichtung für einen Prozess Download PDF

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EP1739556A1
EP1739556A1 EP05013775A EP05013775A EP1739556A1 EP 1739556 A1 EP1739556 A1 EP 1739556A1 EP 05013775 A EP05013775 A EP 05013775A EP 05013775 A EP05013775 A EP 05013775A EP 1739556 A1 EP1739556 A1 EP 1739556A1
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graphic
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EP05013775A
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Christoph Bommer
Markus Spindler
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Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/06—Indicating or recording the setting of track apparatus, e.g. of points, of signals

Definitions

  • the present invention relates to a method for error disclosure in a control and / or monitoring device for a process, in particular for the control and / or monitoring of rail vehicles on a rail network, prepared in the derived from the process information on a display device for a process control center workstation become.
  • Such methods are found in a variety of commercial and industrial processes. Exemplary and without any claim to completeness are the processes of traffic control in the air, on the road, on the rail and on the water, building automation, energy production in fossil-fired and nuclear power plants, but also in power plants with regenerative energies, energy distribution and energy To call process control in manufacturing plants of all kinds.
  • a method for ensuring the signaling security of the user interface of a data processing system in which a process image is displayed on the user interface via a display system using two independent computers of the data processing system and user commands for influencing the process via an operating device can be entered. It is in the According to the disclosed method, a first computer receives a first external information from which it generates an image corresponding to the state of the process and displays it on the display system. The second computer is supplied with a second external information, from which it generates a relevant for a safety check second process image. Furthermore, when user commands are input, the second computer checks the user commands for their admissibility by comparison with the second process image relevant for the security check. If there are no user commands, the second computer compares at predetermined intervals the process image corresponding to the process represented by the first computer on the display system with the second process image and verifies this with the same statement.
  • the comparison of the first and second process image is carried out by software in the background of the user interface.
  • the second computer checks whether the elements associated with the user command are even in the desired manner.
  • the comparison of the process images is therefore limited to purely software-programmable, executed in the background arithmetic operations. Errors in these programmed arithmetic operations can therefore lead to the fact that the comparison of the two process images is indeed verified or not verified, but that actual other conditions prevail in the actual process, which could give rise to concern from a safety-relevant point of view. Similar effects could therefore also have much more complicated procedures for error disclosure, as these, for example, from the European Patent 1,050,815 are known.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a method for error disclosure, in which the Risk of errors in the process image due to software errors in the information evaluation is further reduced.
  • control data representing the process image into corresponding graphics elements and by a superimposed representation of the graphic elements thus obtained on the display. It is therefore not necessary to determine a computational image of the process by software, but only to display the states of the individual elements in the form of the control data converted into graphic elements and thus differences of the superimposed graphic elements and thus differences in the Obviously visualizing the interpretation of the process state.
  • the graphic elements can be superimposed congruent and displayed transparently.
  • the differences in the overlaid graphics elements lead to smear or blur effects in the presentation that manifest themselves to a viewer to the user.
  • the graphic elements generated for the same element involved in the process can be successively linked to an XOR operation and the result of the link can be displayed.
  • the graphic element of a first logical channel is drawn on a plain-colored background. This new background is linked to the graphic element of an associated second logical channel by an XOR operation.
  • a first color e.g. in green color
  • all mismatched pixels of the graphic elements in a second color e.g. in red
  • a status display for the respective logical channels can be generated in such a way that only a part of the control data that can be assigned to each logical channel is displayed congruently overlapping , In this way, the presence of several logical channels, for example the presence of the required at least two logical channels, by an optically detectable union amount, the out-of-range optically divergent border areas each represent the one or the other logical channel to be displayed.
  • FIG. 1 shows a first schematic illustration 2 of the graphic elements G1, G2 originating from two sources Q1, Q2, which are displayed in a congruently overlapping image D on a data display device not shown here. It is easy for a user of the data display device to see from the illustration D that the messages from the sources Q1, Q2 (ie from the two logical channels) and thus also the graphic elements G1, G2 are not consistent.
  • the source Q1 reports that the switch 56 is individually locked.
  • the overlapping numbers 6 and 7 in Figure D lead to a blurred, smeared visual image at this point, which is manifestly revealed to a viewer.
  • the graphic elements G1, G2 are shown in FIG. On the display then appears only the representation D, which here discloses the error here.
  • FIG. 2 shows a second schematic illustration 2 for the illustration D.
  • the left-hand diagram shows an error disclosure by color differences in the superimposed graphic elements G1, G2, here again the texts “Switch 56 individually locked” and “Switch 57 individually locked”.
  • the different colors are only recognizable as different shades of gray.
  • the right-hand graph of FIG. 2 shows the case in which considerable importance can be attached to the error disclosure by the color resolution. If the graphic elements G3 "switch 53 individually locked” and G4 "switch 58 individually locked” overlap, the different numbers 3 and 8 in the cumulative representation could merge to form an "8". The underlying error would perhaps not even be perceived. Otherwise, this error is now apparent by the different color of the difference between the numbers 3 and 8 obviously.
  • FIG. 3 shows a schematic representation for indicating the availability of two logical channels. It is in the left graph in the upper right corner shows a not completely overlapping representation D 'of two rectangles R1, R2, which respectively correspond to the presence of a logical channel.
  • This representation D ' is shown enlarged in the right-hand illustration of FIG.
  • An overlapping area B is marked here with the darkest gray level.
  • a colored representation of this overlapping area could be shown, for example, in green color, the out-of-range areas, for example, in red. Only if the green inner rectangle is present can the user of the display device assume that the displayed data has been obtained from at least two logically independent data source and / or data sources.
  • the present invention ensures that safety-relevant information can actually be displayed in a secure, reliable manner for controlling and / or monitoring a process in a viewing device of a control room or the like. Therefore, in order to determine whether the display is safe, the purely visual comparison of the graphics elements obtained on a logically independent basis is sufficient in order to reveal any errors in the display and / or the lack of logical multi-channeling.

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Abstract

Erfindungsgemäss ist ein Verfahren zur Fehleroffenbarung in einer steuerungs- und/oder überwachungstechnischen Einrichtung für einen Prozess, insbesondere für die Steuerung und/oder Überwachung von schienengebundenen Fahrzeugen auf einem Schienennetz vorgesehen, bei dem aus dem Prozess stammende Informationen auf einem Sichtgerät für einen Prozessleitstellenarbeitsplatz aufbereitet werden, und bei dem
a) für die am Prozess beteiligten Elemente Kontrolldaten, die für die Steuerung und/oder Überwachung relevant sind, definiert werden;
b) die Kontrolldaten auf mindestens zwei logisch voneinander unabhängigen wegen für die beteiligten Elemente bestimmt werden;
c) die Kontrolldaten für jedes der beteiligten Elemente in Form eines Grafikelements, insbesondere in Form eines Zeichenstrings, umgewandelt werden; und
d) die für das gleiche am Prozess beteiligte Element generierten Grafikelemente an demselben Ort auf dem Sichtgerät angezeigt werden.
Auf diese weise kann der Vergleich der unabhängig voneinander gewonnenen Kontrolldaten nicht durch eine softwaremässig programmierte Bewertung, sondern durch eine reine Umwandlung der Kontrolldaten, die das Prozessabbild repräsentieren, in entsprechende Grafikelemente und durch eine überlagerte Darstellung der so gewonnenen Grafikelemente auf dem Sichtgerät erhalten werden. Es ist daher softwaremässig nicht erforderlich ein rechnerisches Abbild des Prozesses zu bestimmen, sondern einzigallein die Zustände der einzelnen Elemente in Form der in Grafikelemente konvertierten Kontrolldaten anzuzeigen und so Unterschiede der überlagerten Grafikelemente und damit eben Unterschiede in der Interpretation des Prozesszustandes offensichtlich sichtbar zu machen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehleroffenbarung in einer steuerungs- und/oder überwachungstechnischen Einrichtung für einen Prozess, insbesondere für die Steuerung und/oder Überwachung von schienengebundenen Fahrzeugen auf einem Schienennetz, bei dem aus dem Prozess stammende Informationen auf einem Sichtgerät für einen Prozessleitstellenarbeitsplatz aufbereitet werden.
  • Derartige Verfahren sind in einer Vielzahl kommerzieller und industrieller Prozesse anzutreffen. Beispielhaft und ohne Anspruch auf Vollständigkeit seien die Prozesse der verkehrslenkung in der Luft, auf der Strasse, auf der Schiene und auf dem wasser, der Gebäudeautomation, der Energieerzeugung in fossil befeuerten und nuklearen Kraftwerken, aber auch in Kraftwerken mit regerativen Energien, der Energieverteilung und Prozesssteuerung in Fertigungsanlagen aller Art zu nennen.
  • In manchen dieser Prozesse werden an die Anzeige der den Prozesszustand charakterisierenden Informationen hohe Anforderungen an die Sicherheit, die Integrietät und die Verfügbarkeit gestellt, weil aufgrund der einer Prozessleitstelle zur Anzeige gebrachten Informationen entschieden wird, wie der Prozess weiterhin gelenkt werden kann.
  • Aus dem deutschen Patent 43 06 470 ist beispielsweise ein Verfahren zur Gewährleistung der signaltechnischen Sicherheit der Benutzeroberfläche einer Datenverarbeitungsanlage offenbart, bei dem mit Hilfe von zwei eigenständigen Rechnern der Datenverarbeitungsanlage ein Prozessabbild auf der Benutzeroberfläche über ein Anzeigesystem dargestellt wird und Benutzerbefehle zur Einflussnahme auf den Prozess über eine Bedienungseinrichtung eingebbar sind. Dabei wird im Rahmen des offenbarten verfahrens einem ersten Rechner eine erste externe Information zugeführt, aus der dieser ein dem Zustand des Prozesses entsprechendes Bild erzeugt und auf dem Anzeigesystem darstellt. Dem zweiten Rechner wird eine zweite externe Information zugeführt, aus der dieser ein für eine Sicherheitsprüfung relevantes zweites Prozessabbild erzeugt. Weiter prüft der zweite Rechner bei Eingabe von Benutzerbefehlen durch Vergleich mit dem für die Sicherheitsprüfung relevanten zweiten Prozessabbild die Benutzerbefehle auf ihre Zulässigkeit. Liegen keine Benutzerbefehle vor, vergleicht der zweite Rechner in vorbestimmten Zeitabständen das vom ersten Rechner auf dem Anzeigesystem dargestellte dem Prozess entsprechende Prozessabbild mit dem zweiten Prozessabbild und verifiziert dieses bei übereinstimmender Aussage.
  • Bei diesem System wird daher der Vergleich von erstem und zweitem Prozessabbild softwaremässig im Hintergrund der Benutzeroberfläche ausgeführt. Insbesondere bei Benutzerbefehlen überprüft der zweite Rechner, ob die mit dem Benutzerbefehl assoziierten Elemente überhaupt in der gewünschten Weise verfügt sind. Der Vergleich der Prozessabbilder beschränkt sich daher auf reine softwaremässig programmierbare, im Hintergrund ausgeführte Rechenoperationen. Fehler in diesen programmierten Rechenoperationen können daher dazuführen, dass der Vergleich der beiden Prozessabbilder zwar verifiziert oder auch nicht verifiziert wird, dass aber im eigentlichen Prozess tatsächliche andere Verhältnisse vorherrschen könnten, die aus sicherheitsrelevanter Sicht zur Sorge Anlass geben könnten. Ähnliche Auswirkungen könnten daher auch noch weitgehend kompliziertere verfahren zur Fehleroffenbarung haben, wie diese beispielsweise auch aus dem europäischen Patent 1 050 815 bekannt sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fehleroffenbarung anzugeben, bei dem die Gefahr von Fehlern in der Prozessabbildung aufgrund von Softwarefehlern in der Informationsbewertung weiter verringert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren zur Fehleroffenbarung in einer steuerungs- und/oder überwachungstechnischen Einrichtung für einen Prozess, insbesondere für die Steuerung und/oder Überwachung von schienengebundenen Fahrzeugen auf einem Schienennetz, gelöst, bei dem aus dem Prozess stammende Informationen auf einem Sichtgerät für einen Prozessleitstellenarbeitsplatz anhand der nachfolgenden Schritte aufbereitet werden:
    • a) für die am Prozess beteiligten Elemente werden Kontrolldaten, die für die Steuerung und/oder Überwachung relevant sind, definiert;
    • b) die Kontrolldaten werden auf mindestens zwei logisch voneinander unabhängigen Wegen für die beteiligten Elemente bestimmt;
    • c) die Kontrolldaten für jedes der beteiligten Elemente werden in Form eines Grafikelements, insbesondere in Form eines zeichenstrings, umgewandelt; und
    • d) die für das gleiche am Prozess beteiligte Element generierten Grafikelemente werden an demselben Ort auf dem Sichtgerät angezeigt.
  • Auf diese Weise kann der vergleich der unabhängig voneinander gewonnenen Kontrolldaten nicht durch eine softwaremässig programmierte Bewertung, sondern durch eine reine Umwandlung der Kontrolldaten, die das Prozessabbild repräsentieren, in entsprechende Grafikelemente und durch eine überlagerte Darstellung der so gewonnenen Grafikelemente auf dem Sichtgerät erhalten werden. Es ist daher softwaremässig nicht erforderlich ein rechnerisches Abbild des Prozesses zu bestimmen, sondern einzigallein die Zustände der einzelnen Elemente in Form der in Grafikelemente konvertierten Kontrolldaten anzuzeigen und so Unterschiede der überlagerten Grafikelemente und damit eben Unterschiede in der Interpretation des Prozesszustandes offensichtlich sichtbar zu machen.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Grafikelemente deckungsgleich überlagert und transparent dargestellt werden. In der kumulierten Darstellung führen die Unterschiede in den überlagerten Grafikelementen zu Schmier-oder Uhschärfeeffekten in der Darstellung, die sich an einem Sichtgerät für den Benutzer offensichtlich offenbaren.
  • Auch eine Anzeige verschiedener Farben kann bei fehlender Übereinstimmung der Grafikelemente die Offenbarung dieses Fehlers unterstützen. Hierzu können die für das gleiche am Prozess beteiligte Element generierten Grafikelemente nacheinander mit einer XOR-Operation verknüpft und das Ergebnis der Verknüpfung angezeigt werden. Hierbei wird beispielsweise das Grafikelement eines ersten logischen Kanals auf einen unifarbenen Hintergrund gezeichnet. Dieser neue Hintergrund wird mit dem Grafikelement eines zugehörigen zweiten logischen Kanals durch eine XOR-Operation verknüpft. Damit treten auch hier nur abweichende Pixel der beiden so verknüpften Grafikelemente hervor. Dabei kann es vorgesehen sein, alle übereinstimmenden Pixel der Grafikelemente in einer ersten Farbe, z.B. in grüner Farbe, und alle nicht übereinstimmenden Pixel der Grafikelemente in einer zweiten Farbe, z.B. in roter Farbe, darzustellen.
  • Um für die Anzeige im Sichtgerät auch einen Hinweis auf den Status/Verfügbarkeit der verschiedenen logischen Kanäle generieren zu können, kann eine Statusanzeige für die jeweiligen logischen Kanäle in einer Weise generiert werden, dass nur ein Teil der jedem logischen Kanal zuordenbaren Kontrolldaten deckungsgleich überlappend angezeigt werden. Auf diese Weise kann das Vorhandensein mehrerer logischer Kanäle, zum Beispiel das vorhandensein der geforderten mindestens zwei logischen Kanäle, durch eine optisch wahrnehmbare vereinigungsmenge, deren ausserhalb liegenden optisch abweichenden Randbereiche jeweils den einen oder den anderen logischen Kanal repräsentieren, angezeigt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Figur 1
    eine erste schematische Darstellung der aus zwei Quellen stammenden Grafikelemente bezüglich des Zustands von Weichen;
    Figur 2
    eine zweite schematische Darstellung der aus zwei Quellen stammenden Grafikelemente bezüglich des Zustands von Weichen; und
    Figur 3
    eine schematische Darstellung zur Anzeige der Verfügbarkeit von zwei logischen Kanälen.
  • Figur 1 zeigt eine erste schematische Darstellung 2 der aus zwei Quellen Q1, Q2 stammenden Grafikelemente G1, G2, die in einer deckungsgleich überlappenden Abbildung D auf einem hier nicht weiter dargestellten Datensichtgerät angezeigt werden. Es ist leicht für einen Nutzer des Datensichtgeräts anhand der Abbildung D zu erkennen, dass die Meldungen aus den Quellen Q1, Q2 (also aus den beiden logischen Kanälen) und damit auch die Grafikelemente G1, G2 nicht konsistent sind. Im vorliegenden Beispiel meldet die Quelle Q1, dass die Weiche 56 einzelgesperrt ist. Die Quelle Q2 meldet hingegen, dass die Weiche 57 einzelgesperrt ist. Die sich in der Abbildung D überlappenden Ziffern 6 und 7 führen zu einem unscharfen, verschmierten Sichtbild an dieser Stelle, das sich einem Betrachter in offensichtlicher weise offenbart. Es sei angemerkt, dass die Grafikelemente G1, G2 in der Figur 1 mit dargestellt sind. Auf dem Datensichtgerät erscheint dann nur die Darstellung D, die hier vorliegend den Fehler offenbart.
  • Entsprechend zeigt die Figur 2 eine zweite schematische Darstellung 2 für die Abbildung D. Die linke Grafik zeigt eine Fehleroffenbarung durch Farbunterschiede in den überlagerten Grafikelementen G1, G2, hier wieder die Texte "Weiche 56 einzelgesperrt" und "Weiche 57 einzelgesperrt". In der gezeigten Schwarz-Weiss-Darstellung sind die unterschiedlichen Farben nur als unterschiedliche Graustufen erkennbar. Durch eine gezielte Wahl der Farbindizes der einzelnen Grafikelemente wird durch eine logische Verknüpfung dieser Farbindizes bei der Überlagerung der Grafikelemente G1, G2 erreicht, dass jene Teile der Grafikelemente, die für beide Quellen Q1, Q2 gleich sind, in einer anderen Farbe dargestellt werden als jene Teile der Darstellung D, die nur aus einem der von den beiden Quellen Q1, Q2 abgeleiteten Grafikelemente G1, G2 stammen. Hierbei wird zuerst das Grafikelement G1 aus der ersten Quelle Q1 auf einem unifarbenen Hintergrund gezeichnet. Danach wird das Grafikelement G2 aus der zweiten Quelle Q2 mit diesem neuen Hintergrund (unifarbener Hintergrund + Grafikelement G1 = neuer Hintergrund) XOR verknüpft. Nur die sich in dem neuen Hintergrund und dem Grafikelement G2 unterscheidenden Pixel werden dann in einer anderen Farbe darstellt.
  • Die rechte Grafik von Figur 2 zeigt entsprechend den Fall, bei dem der Fehleroffenbarung durch die Farbauflösung erheblicher Wert beigemessen werden kann. Bei einer Überlagerung der Grafikelemente G3 "Weiche 53 einzelgesperrt" und G4 "Weiche 58 einzelgesperrt" könnten die unterschiedlichen Ziffern 3 und 8 in der kumulierten Darstellung zu einer "8" verschmelzen. Der zugrunde liegende Fehler würde dabei dann vielleicht sogar gar nicht wahrgenommen. Anders tritt dieser Fehler nun durch die abweichende Farbe der Unterschiedsmenge zwischen den Ziffern 3 und 8 offensichtlich zu Tage.
  • Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung zur Anzeige der Verfügbarkeit von zwei logischen Kanälen. Dabei ist in der linken Grafik in der rechten oberen Ecke eine nicht vollständig überlappende Darstellung D' von zwei Rechtecken R1, R2 gezeigt, die je dem vorhandensein eines logischen Kanals entsprechen. Diese Darstellung D' ist in der rechten Abbildung der Figur 3 vergrössert dargestellt. Ein Überlappungsbereich B ist vorliegend mit der dunkelsten Graustufe gekennzeichnet. In einer farbigen Darstellung könnte dieser Überlappungsbereich beispielsweise in grüner Farbe abgebildet sein, die ausserhalb liegenden Bereiche beispielsweise in roter Farbe. Nur bei Vorliegen des grünen innenliegenden Rechtecks kann der Benutzer des Sichtgeräts davon ausgehen, dass die angezeigten Daten aus mindestens zwei logisch von einander unabhängigen Datenquelle und/oder - wegen erhalten worden sind.
  • Damit gewährleistet die vorliegende Erfindung, dass sicherheitsrelevante Informationen auch tatsächlich in einer sicheren, zuverlässigen Art zur Steuerung und/oder Überwachung eines Prozesses in einem Sichtgerät einer Leitwarte oder dergleichen dargestellt werden können. Für die Ermittlung, ob die Anzeige sicher ist, reicht daher vorliegend der rein optische Vergleich der auf logisch voneinander unabhängigen wegen gewonnenen Grafikelemente aus, um etwaige Fehler in der Anzeige und/oder die fehlende logische Mehrkanaligkeit zu offenbaren.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Fehleroffenbarung in einer steuerungs- und/oder überwachungstechnischen Einrichtung für einen Prozess, insbesondere für die Steuerung und/oder Überwachung von schienengebundenen Fahrzeugen auf einem Schienennetz, bei dem aus dem Prozess stammende Informationen auf einem Sichtgerät für einen Prozessleitstellenarbeitsplatz aufbereitet werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    a) für die am Prozess beteiligten Elemente Kontrolldaten, die für die Steuerung und/oder Überwachung relevant sind, definiert werden;
    b) die Kontrolldaten auf mindestens zwei logisch voneinander unabhängigen Wegen (Q1, Q2) für die beteiligten Elemente bestimmt werden;
    c) die Kontrolldaten für jedes der beteiligten Elemente in Form eines Grafikelements (G1 bis G4), insbesondere eines Zeichenstrings, umgewandelt werden; und
    d) die für das gleiche am Prozess beteiligte Element generierten Grafikelemente (G1 bis G4) an demselben Ort auf dem Sichtgerät angezeigt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Grafikelemente (G1 bis G4) deckungsgleich überlagert dargestellt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die für das gleiche am Prozess beteiligte Element generierten Grafikelemente (G1 bis G4) nacheinander in XOR-Verknüpfung angezeigt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    alle übereinstimmenden Pixel der Grafikelemente (G1 bis G4) in einer ersten Farbe und alle nicht übereinstimmenden Pixel der Grafikelemente in einer zweiten Farbe dargestellt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Statusanzeige (D') für die jeweiligen logischen Kanäle in Weise geniert wird, dass nur ein Teil der jedem logischen Kanal zuordenbaren Kontrolldaten (R1, R2) deckungsgleich überlappend angezeigt werden.
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